3支链6自由度并联机构运动学研究

为了使并联机构在三维空间完成3个转动和3个移动的动作,可以进行全方位的运动,课题组提出了6自由度2PPRS RPRS并联机构。课题组描述了该并联机构的构型,建立了机构的运动坐标系;利用螺旋理论求解了机构自由度,并运用修正Kutzbach Grüble公式验证了自由度求解的正确性;根据支链与定、动平台间的相对姿态关系,推导了支链平面方程,并结合杆长不变条件,推导获得了该6自由度并联机构全部位置逆解的解析解;并基于三维边界搜索法,求解绘制出了机构的可达位置工作空间;最后,通过SolidWorks/Simmechanics的三维运动/参数可视化联合仿真,得到了机构的驱动位移相对时间的变化曲线。研究结果表明该机构构型设计、自由度分析正确,得出了该机构在三维空间内的运动学输入、输出的变化规律。     

XY-3-RPS混联机器人设计和运动学仿真

为实现人工骨关节表面抛光的自动化,课题组充分利用串并联机构之间的机构特性优势互补的特点,设计了一种XY 3 RPS混联人工骨关节抛光机器人,该混联机器人具有5个自由度。笔者搜索了并联机构和混联机构的工作空间;对比分析了基于正逆运动学的支链位置变化曲线;在并联机构欧拉角表示法及运动学理论的基础上建立了混联机构运动学数学模型,并利用MATLAB及ADAMS进行仿真验证。结果表明机构正逆运动学曲线吻合,运动稳定。该混联机构完全满足抛光人工骨关节表面的运动及工作范围要求。     

基于少自由度主动支链的2R1T并联机构

针对空间串联机构的工业机械臂在执行加工操作任务时，普遍存在刚度强度较差、重复精度较低、能耗较高等缺点。基于3条少自由度主动支链，课题组设计了一种具有2R1T自由度的2 RPU/RPS并联机构。计算并验证了2 RPU/RPS并联机构的自由度，获得了解析形式的位置逆解，证实了该机构仅可能发生运动学正解奇异；依据课题组提出的基于边界数值搜索法的工作空间求解流程，证实了动平台具有沿X方向约80°的较大姿态转动范围；通过SolidWorks虚拟运动仿真获得了2 RPU/RPS并联机构驱动位移变化曲线。仿真结果表明：机构各驱动位移变化曲线均波动较小且在合理取值范围，说明驱动器运转平稳、能耗较低。本研究可为基于并联机构的复杂曲面工件多轴加工装备研发提供有益的参考。     

两种动系下的相对运动的比较

用复合运动中的速度合成公式、加速度合成公式求解传动机构中两个刚体的运动关系时,通常总是选取有着滑槽的的刚体作为动系(配以相应的功点),由于滑槽就是动点的相对轨迹,易于分析与求解;但也有一些学生选取另一刚体作为动系(配以相应的功点),並不     

移动输入并联机构的运动分析

通过建立平面移动输入并联机构的一、二阶系数,解决速度分析与加速度分析问题.对一阶影响系数的奇异性进行讨论,找到了一系列特殊形位点,并给出了机构在特殊形位下发生运动干涉的条件.     

六自由度并联机构的误差分布研究

针对制造和安装误差对并联机构末端位姿精度的影响问题,以六自由度Stewart并联机构为研究对象,在建立运动学正解一阶误差模型的基础上,结合泰勒展开式推导出Stewart并联机构末端的位置和方向误差与驱动器不同长度变化之间非线性关系式;并用MATLAB软件仿真分析结构参数误差存在的条件下,工作空间中六自由度Stewart并联机构末端位姿误差的分布情况。分析结果表明：不同位姿下,位姿误差存在差异;在x轴正方向上,位姿体积误差的变化规律具有一致性,均随x轴正方向的移动而逐渐增大;[JP2]同时位置体积误差的变化幅值远大于姿态体积误差的变化幅值,并且最大位姿误差出现在可达工作空间边缘的顶部位置。研究结果为该并联机构后续进行精度综合及误差补偿提供参考依据。     

含有移动副的平面四连杆机构的类型分析

本文对常用的含有移动副的平面四连杆机构进行了类型分析,并分析了主动件和从动件的运动范围。     

新型二自由度移动并联机构设计

针对工业设备快速抓取物件的需求,基于并联机构具有的优点,提出了一种二自由度可快速移动的并联机构。 对该机构的运动学进行分析研究,创建该平面二自由度的运动学模型,利用勾股定理推算出该机构的正反解,继而得到 雅克比矩阵。最后利用杆件约束等条件得到该机构的工作空间。通过SolidWorks和MATLAB仿真软件求正反解验证了 设计的正确性。该并联机构的横向位移较大,满足设计要求。     

全约束M型预制袋袋口折合机构设计

针对现有袋口折合技术无法满足低挺度M型预制袋折合需求的问题，课题组设计了一种仅含转动副的袋口折合机构。对能实现1条直线轨迹的哈特第二连杆机构进行改进，从而实现M型预制袋袋口折合过程的3条直线轨迹；结合具体工程实例，对机构进行运动方案设计以及运动学数值计算和仿真模拟，并对机构运动特性进行优化。结果表明：该机构完全能够满足M型预制袋的折合轨迹需求，折合率为89.44%；经过优化后的运动规律不存在柔性或刚性冲击，有效提高了机构的运动精度。该袋口折合机构为M型预制袋的折合工序提供了一种更加可靠、便捷的方法。     

三自由度汽车座椅及其振动特性研究

为了解决车辆座椅的多自由度振动和乘坐舒适性等问题,设计了一种三自由度并联机构座椅。利用单开链理 论,计算出减振机构的耦合度为l,并用运动输出矩阵验证了三自由度为三平移运动,采用单位力椭球法对椭球圆度的 分析为振动特性仿真分析提供了理论依据。通过支链不同刚度、负载和阻尼时的振动传递特性仿真分析,结果表明：系 统各轴向共振频段远离乘客不舒适频段4 -7 Hz,且在竖直方向上传递率峰值明显优于传统机械式减振座椅;在水平方 向上,当激励在l Hz以上时,传递率趋于零。研究表明该减振座椅能够达到较高的减振标准。     

新型三自由度拟人并联机械臂及其位置分析

提出了一种新型三自由度拟人并联机械臂，该机械臂由3个直线电机控制，完成腕部的二维移动和一维转动。基于机械臂的结构几何关系，运用坐标变换方法，得出这种机械臂的逆、正解方程式，且是唯一的封闭解。在满足各机构约束的条件下，根据机械臂的逆解方程式，绘制了其工作空间轮廓图，为该机械臂的应用提供了理论基础。由于该机械臂的结构简单、工作空间大、装配方便等优点，因此在现在工业领域有着潜在的应用前景。     

机械臂非线性定位方程计算新方法

针对机械臂定位算法中,数值算法计算量大,仿真过程存在累积误差,几何算法通用性不强等问题,以手术机器 人六自由度机械臂为研究对象,建立了一组多关节机械臂非线性定位方程组,提出了其基于非线性大范围渐近稳定的 求解方法。结果表明该方法既简化运算,又有利于物理实现,为机械臂高速、准确运动提供了基础,实验表明该算法适用 多关节的移动机械臂的非线性定位方程的求解,有较高的求解精度和收敛速度。     

新型二自由度并联机构运动学标定方法

精度不足制约着并联机构的发展,传统的并联机构运动学标定方法可以在一定程度上提高并联机构的精度,但 其缺点在于对测量仪器的要求较高,计算量较大。针对一种新型二自由度并联机构,运用无参数化标定的方法对机构进 行运动学标定。该方法不需要进行参数辨识,只需要通过外部测量设备测出机械手末端执行器的位姿,利用运动学正反 解解出实际位姿与期望位姿之间驱动输入的差值,补偿到理论的输入中,即可得到补偿后的动平台位姿。计算机仿真结 果表明,这种方法可以有效地提高动平台定位精度,证明了无参数化标定方法的有效性和可靠性。     

操作器的变结构模型跟踪控制

提出了一种新的操作器变结构模型跟踪控制方案,计算简单明了,具有很强的鲁棒性和足够的控制精度。对于一个6DOF操作器的后三关节的仿真表明了算法的有效性。     

冗余度机器人的运动规划碰撞算法

在考虑了操作机的关节极限、自碰撞和静态障碍物的情况下,从给定的初始位形出发,发现一条到末端效应器目标位置和姿态的相连可到达路径。方法给出了机器人操作机点到点逆运动学问题求解算法,利用碰撞算法实现了冗余度机器人运动规划,仿真验证了该方法的有效性,并表明了该方法具有较大的实用价值。     

基于混合控制的机械臂定位和振动控制研究

针对柔性机械臂的定位和振动控制,设计了一种基于带尾部信号的时滞滤波器的混合闭环控制方案。滤波器的设计采用系统输出等于系统参考值的幅值的约束条件,有效地减小了机械臂的定位调节时间;同时综合考虑柔性关节的振动模态,设计出时间最优的时滞滤波器,进一步消除柔性关节的残留振动,显著提高了定位效率。仿真结果证明了该方案的有效性能,能够同时实现机械臂柔性关节的快速定位以及振动控制,有利于作业效率的进一步提高。     

距下关节CT序列图像分割及信息提取研究

提出一种基于图像的距下关节信息提取方法.采用最大类间方差法与交互式数学形态学方法相结合的手段从活体后足CT序列图像中分割出距骨和跟骨,以移动立方体法重建距下关节复合体的表面并以动画方式显示距骨和跟骨的结构信息,提出力矩主轴法计算距骨和跟骨相对于参考系的旋转方向及它们之间的夹角.与其他方法相比较和仿真模型论证的结果表明,基于图像的距下关节信息提取方法具有较高的准确性和精度.     

MEMS器件平板运动空气阻尼研究

针对微电子机械系统中平行板间的气膜阻尼问题,通过将平板沿垂直方向的位移运动方程展开为傅里叶级数,得到了微平面机构所受的空气阻尼力和阻尼系数的解析公式。结果表明,空气阻尼系数近似与两平板间气隙厚度的三次方成反比。通过对微加速度开关质量块工作时所受的空气阻尼进行仿真分析,得出该开关的阻尼系数在工作过程中为变阻尼的结论,并分析了空气阻尼系数对于开关性能的影响。     

四自由度并联微操作机器人的运动学分析

分析了2RPS 2TPS型四自由度并联微操作机器人机构的运动学特性;采用微分法推导了微位移增量矩阵的一般表达式以及输入、输出位移的雅可比矩阵;建立了微操作机器人的运动学方程、速度方程、加速度方程的显式正逆表达式,为微操作机器人的动力学与控制研究奠定了理论基础。